OpenStack原理-编程实验室

1、云计算和虚拟化的区别

虚拟化是一种具体的技术，而云计算是一种通过技术组合实现的服务模式，可以这样比喻：

虚拟化是制造砖块、钢筋、水泥的技术。它把一堆原始的物理材料（服务器、存储、网络）标准化、模块化。
云计算是用这些标准化模块，快速构建和交付一栋功能齐全、可按需租用的公寓楼或酒店的完整体系。这栋大楼提供自来水（对象存储）、电力（计算）、燃气（数据库）等各种按需服务。

2、云计算是一个操作系统

云计算扮演了“数据中心资源的管理者、抽象者和服务提供者”的核心角色。它将庞大、复杂、异构的数据中心硬件，变成一个简单、灵活、可按需取用的“超级电脑”，让用户像使用个人电脑一样，通过简单的界面或指令来使用超大规模的计算力。

3、云计算的定义

计算资源：Bare Metal：物理服务器 Virtual Machines：虚拟机 Containers：容器

存储资源：Object Storage：对象存储 File Storage：文件存储 Block Storage：块存储

OpenStack is a cloud operating system that controls large pools of compute, storage, and networking resources throughout a datacenter, all managed through a dashboard that gives administrators control while empowering their users to provision resources through a web interface.

翻译：openstack是一个云操作系统，控制着一个大规模（数据中心级别）的资源池，资源池包含计算、存储和网络。给管理员提供一个仪表盘去控制资源池里所有资源，最终用户可以通过web页面下发（获得）这些资源。

OpenStack官网：https://www.openstack.org/software/

4、OpenStack的定位

OpenStack只是云计算系统的控制面

Cloud Console控制面板：Cloud Services云服务提供的是一些API，用户需要通过Console界面去控制这些服务
Cloud Services云服务：OpenStack也会提供一些服务，直接使用起来比较复杂，因此会封装一些更方便使用的服务，如华为云的ECS、BMS等
Cloud BSS运营系统：可以用来计费等
Resource Pool资源池：用到的虚拟化技术如KVM、qemu、Xen、华为的FusionCompute

5、OpenStack的设计理念

开放（Open）：开源；尽最大可能重用已有开源项目
灵活（Flexible）：不使用任何不可替代的私有/商业组件；大量使用插件化方式进行架构设计与实现
可扩展（Scalable）：由多个相互独立的项目组成；每个项目包含多个独立服务组件；无中心架构；无状态架构

6、OpenStack的项目分层

圆框：第三方软件，数据库默认使用MySQL；消息队列默认使用RabbitMQ
方框：OpenStack本身的组件
IaaS+服务：为什么叫IaaS+级别的服务，因为IaaS上的这些服务已经类似于PaaS阶段的服务了，因此增加“+”
Ceilometer：计量服务，输出话单信息，可用于计费
Heat：编排服务，可一自定义一个装机的组网等配置，以后每次装机都使用这个自定义的配置进行装机

7、OpenStack各主要项目间相互关系

在Dashboard[Horizon]上申请一台云主机流程：Network[Neutron]提供网络，Block Storage[Cinder]提供卷，image[Glance]提供操作系统镜像（image不存储镜像，只存镜像目录，镜像实际存储在Object Storage[Swift]），然后交由Compute[Nova]创建虚拟机。在这个过程中Identity[Keystone]为各个独立的服务提供认证、鉴权服务

8、OpenStack的物理部署示例

9、Nova原理

9.1、什么是Nova

OpenStack中提供计算资源服务的项目
Nova负责：

虚拟机生命周期管理

其他计算资源生命周期管理

Nova不负责：

承载虚拟机的物理主机自身的管理

全面的系统状态监控

Nova是OpenStack事实上最核心的项目

9.2、Nova逻辑架构

API接收简单请求（如开关机）直接去Compute(计算节点)处理请求

API接收复杂请求（如创建云主机）由于需要查询配额、分配资源，需要调度器介入，因此先到Conductor(指令器)下达创建指令，再到Scheduler(调度器)选择空闲的Compute（计算节点），最后Conductor（指令器）发送指令给Compute（计算节点）处理请求

9.3、Nova物理部署示例

nova-api、nova-scheduler（调度器）、nova-conductor（指令器）组件部署在控制节点|OpenStack控制面

nova-compute部署在计算节点|OpenStack数据面

组件间交互使用消息队列通信，持久化信息存储使用MySQL

9.4、Nova中的核心概念和操作

1、层级

地区：地理概念，如东北区、华北区、华东区、华南区等，推荐用户就近获取资源
可用区：一个可用区内使用同一套电力、网络等系统，即处于同一故障域，推荐用户在不同可用区做主备，提高可靠性，即使一个区域断电，也不影响备机继续提供服务
主机组：对用户不可见，将相同规格的主机归入一个主机组，如高cpu的主机、高内存的主机，根据用户业务需要高并发还是高内存调度对应的主机组进行服务
主机：对用户不可见，主机组内部有多台主机

2、名词

名称	简介	说明
Server/Instance	虚拟机	Nova管理提供的云服务资源。Nova中最重要的数据对象。
Server metadata	虚拟机元数据	通常用于为虚拟机附加必要描述信息，如虚拟机创建时间、创建人。key/value。
Flavor	虚拟机规格模板	用于定义一种虚拟机类型，如一种具有2个VCPU、4GB内、40GB本地存储空间的虚拟机。Flavor由系统管理员创建，供普通用户在创建虚拟机时使用。
Quota	资源配额	用于指定租户最多能够使用的逻辑资源上限。
Hypervisor / node	节点	对于KVM、Xen等虚拟化技术，一个node即对应于一个物理主机。对于vCenter , 一个node对应于一个cluster。
Host	主机	对于KVM、Xen等虚拟化技术，一个host即对应于一个物理主机，同时对应于一个node。对于vCenter,一个host对应于—套vCenter部著。
Host Aggregate	主机聚合	—个HA内包含若干host。一个HA内的物理主机通常具有相同的CPU型号等物理资源特性。
Server Group	虚拟机亲和性/反亲和组	同一个亲和性组的虚拟机，在创建时会被调度到相同的物理主机上。同一个反亲和性组的虚拟机，在创建时会被调度到不同的物理主机上，如主备系统。

3、Nova的典型操作

分组	说明
虚拟机生命周期管理	虚拟机创建、删除、启动、关机、重启、重建、规格更改、暂停、解除暂停、挂起、继续、迁移、在线迁移、锁定、解锁、疏散，拯救，解拯救，搁置，删除搁置，恢复搁置，备份，虚拟机导出镜像、列表、详细信息、信息查询更改，密码修改
卷和快照管理操作	本质上是对Cinder API的封装。卷创建、删除、列表、详细信息查询。快照创建、删除、列表、详细信息查询
虚拟机卷操作	虚拟机挂卷、虚拟机卸卷、虚拟机挂卷列表、虚拟机挂卷详细信息查询
虚拟网络操作	本质上是对Neutron API的封装。虚拟网络创建、删除、列表、详细信息查询
虚拟机虚拟网卡操作	虚拟机挂载网卡、虚拟机卸载网卡、虚拟机网卡列表。
虚拟机镜像的操作	本质上是对Glance API的封装，支持镜像的创建、删除、列表、详细信息查询。
虚拟机HA	自研虚拟机的可靠性操作。可手动触发(FS5.1)。
其他资源其他操作	Flavor，主机组，keypairs , quota等

10、Cinder原理

10.1、Cinder是什么

为云平台提供统一接口，按需分配的，持久化的块存储（512字节）服务。
核心功能是对卷的管理，允许对卷、卷的类型、卷的快照、卷备份进行操作。
为后端不同的存储设备提供了统一的接口，不同的块设备服务厂商在Cinder 中实现其驱动支持以与OpenStack进行整合。

#除了块存储还有文件存储、对象存储等类型，Cinder用的是块存储

10.2、Nova的逻辑架构

Cinder-API接收创建卷请求，分给Cinder-Scheduler（调度器）去合适的Cinder-Volume（存储节点）获取卷，于Nova不同的是Cinder没有指令器组件

10.3、Cinder的典型组网（以SAN存储为例）

Cinder-Volume（存储节点）通过SSH/REST协议给后端存储Controller interface（控制面）下发创建卷的指令，将数据面的块存储（LUN）映射给Nova主机去使用，会用到ISCSI/FC协议

10.4、Cinder物理部署示例

内部：Cinder-API、Cinder-Scheduler（调度器）、Cinder-Volume（存储节点）均部署在OpenStack的控制面，互相之间通过消息队列进行交互
外部：Cinder-API通过REST接口走HAproxy（负载均衡）对外提供服务
后端：SAN等就是后端存储

10.5、Cinder的典型操作

功能分类	功能	描述	功能分类	功能	描述	功能分类	功能	描述
卷操作	create	创建	快照操作	snapshot-create	创建	type 操作	type-create	创建
卷操作	delete	删除	快照操作	snapshot-delete	删除	type 操作	type-delete	删除
卷操作	show	查询	快照操作	snapshot-list	列出所有快照	type 操作	type-key	设置 type kV
卷操作	rename	重命名	快照操作	snapshot-rename	重命名	type 操作	type list	列出所有 type
卷操作	upload-to-image	上传卷到镜像	快照操作	snapshot-reset-state	重置状态	type 操作	extra-specs-list	显示 type 及其 spec
卷操作	extend	扩容	快照操作	snapshot-show	查询某个快照	type 操作	qos-associate	设置 QOS 与 type 关联
卷操作	force-delete	强制删除	快照操作	snapshot-metadata	设置快照元数据	type 操作	qos-create	创建 qos
卷操作	list	列出所有卷	快照操作	snapshot-metadata-show	显示快照元数据	type 操作	qos-delete	删除 qos
卷操作	migrate	卷迁移	快照操作	snapshot-metadata-update-all	更新快照元数据	type 操作	qos-disassociate	解关联 qos 和 type
卷操作	reset-state	强制重置卷状态	tran 操作	transfer-accept	接受卷 transfer	type 操作	qos-disassociate-all	解关联 qos 的所有关联
卷操作	rate-limits	限速	tran 操作	transfer-create	创建卷 transfer	type 操作	qos-get-association	查询 qos 的所有关联
卷操作	readonly-mode update	只读模式设置	tran 操作	transfer-delete	删除卷 transfer	type 操作	qos-key	设置 Qos KV
卷操作	retype	更新卷 Type 类型	tran 操作	transfer-list	列出所有卷 transfer	type 操作	qos-list	列出所有 qos
卷操作	set-bootable	设置启动卷	tran 操作	transfer-show	查询某个卷 transfer	type 操作	qos-show	查询某个 qos
卷操作	manage	导入卷	加密操作	encryption-type-create	为 type 增加加密	配额操作	quota-defaults	查询租户缺省配额
卷操作	unmanage	导出卷	加密操作	encryption-type-delete	删除加密	配额操作	quota-show	查询租户当前配额
卷操作	metadata	设置卷元数据	加密操作	encryption-type list	列出所有加密	配额操作	quota-update	更新租户配额
卷操作	metadata-show	显示卷元数据	加密操作	encryption-type-show	查询某个加密	配额操作	quota-usage	显示租户配额使用情况
卷操作	metadata-update-all	更新卷元数据	一致性组	cgsnapshot-create	创建一致性组快照	配额操作	absolute-limits	显示所有租户绝对限额和使用情况
备份操作	backup-create	创建	一致性组	cgsnapshot-delete	删除一致性组快照	Cinder 整体	availability-zone-list	列出所有 az
备份操作	backup-delete	删除	一致性组	cgsnapshot-list	列出所有一致性组快照	Cinder 整体	endpoints	列出 Cinder 所有接口
备份操作	backup-list	列出所有备份	一致性组	cgsnapshot-show	查询一致性组详细快照	Cinder 整体	list-extensions	所有扩展 api
备份操作	backup-restore	恢复备份	一致性组	consisgroup-create	创建一致性组	Cinder 整体	credentials	所有用户信息
备份操作	backup-show	查询	一致性组	consisgroup-delete	删除一致性组	service 操作	service-disable	去激活
备份操作	backup-export	导出卷	一致性组	consisgroup-list	列出所有一致性组	service 操作	service-enable	激活
备份操作	backup-export	导入卷	一致性组	consisgroup-show	查询一致性组详细	service 操作	service-list	所有 service
						复制	replication-promote	对备卷升主
						复制	replication-reenable	重新启动复制

11、Neutron原理

11.1、Neutron是什么

Neutron是在OpenStack中是提供网络连接服务的

11.2、Neutron的逻辑架构

#Neutron-Server -> Core Plugin -> 各种Advanced Service Plugin：L3 Service Plugin、lB Service Plugin、Firewall、VPN
#各种Agent：L2 ( ovs-agent )、L3 Agent、DHCP Agent、MetaData Agent
L2 Agent：二层网络服务，提供基础服务，部署在所有计算节点
L3 Agent：三层网络服务，提供IP、交换、路由服务，根据业务情况部署在网络节点或者计算节点。例如华为云部署在计算节点
DHCP Agent：DHCP服务
Adv Services：高级网络服务，如负载均衡

neutron组件之间通过消息队列通信

11.3、Neutron网络虚拟化实现原理

在二层网络中（即就是虚拟机之间互相通信的网络）Vlan100和Vlan200是两个不同的网络，因此在三层网络这里，使用Vlan100和使用Vlan200的虚拟机即使IP在同一网段也是不能通信的，做到了虚拟机间网络隔离。

绿色的VM是Vlan 100网络的虚拟机，黄色的VM是Vlan 200网络的虚拟机。在服务者视图中可以看到两个绿色的VM并不在一个物理主机上，Neutron通过一系列的网络转换功能将两个绿色的VM网络打通。

11.4、Neutron物理部署示例

Neutron openvswitch-agent部署在每一个计算节点上，为虚拟机提供网络连接功能

Neutron Server在实际应用中一般会部署到控制节点（Neutron ML2 Plugin也是Neutron Server的一部分），网络节点只保留Neutron metadata-agent、Neutron L3/dhcp-agent

Neutron Server下发网络配置的时候会通过管理平面网络和Neutron openvswitch-agent进行通信，然后下发相应配置。当Nova Compute创建的虚拟机执行业务通信的时候会在数据平面网络进行

11.5、Neutron的典型操作

Object	Operation	Method	URI
Network	List	GET	/v2.0/networks
Network	Create	POST	/v2.0/networks
Network	Show	GET	/v2.0/networks/{network_id}
Network	Update	PUT	/v2.0/networks/{network_id}
Network	Delete	DELETE	/v2.0/networks/{network_id}
Subnet	List	GET	/v2.0/subnets
Subnet	Create	POST	/v2.0/subnets
Subnet	Show	GET	/v2.0/subnets/{subnet_id}
Subnet	Update	PUT	/v2.0/subnets/{subnet_id}
Subnet	Delete	DELETE	/v2.0/subnets/{subnet_id}
Port	List	GET	/v2.0/ports
Port	Create	POST	/v2.0/ports
Port	Show	GET	/v2.0/ports/{port_id}
Port	Update	PUT	/v2.0/ports/{port_id}
Port	Delete	DELETE	/v2.0/ports/{port_id}
Security-group	List	GET	/v2.0/security-groups
Security-group	Create	POST	/v2.0/security-groups
Security-group	Show	GET	/v2.0/security-groups/{security-groups_id}
Security-group	Update	PUT	/v2.0/security-groups/{security-groups_id}
Security-group	Delete	DELETE	/v2.0/security-groups/{security-groups_id}